第二章 储层岩石的物理性质

1、砂岩粒度组成的概念及测定方法 砂岩的粒度组成：
指构成砂岩的各种大小不同的颗粒的相对含量,通常用百分 数表示。
测定方法
薄片法 较大直径的砂粒组成 筛析法 中小直径的砂粒组成
沉降法 粒径小于40μm以下颗粒
筛析法
基本做法：
将岩石洗油、烘干、称质量、解析、 过套筛、分筛称质量、计算。
以毫米直接表示筛孔孔眼大小
孔隙度(%) 储层评价
34 2320～2329 5.76 11.70 11.10 8.10 6.90 5.90 5.20 12.00 15.00
36 2320～2329 7.68 3.40 7.70 17.30 12.10 10.90 10.20 28.00 10.00
用途
计算粒度的特征参数(评价指标)； 定量地评价岩石粒度组成的均匀程度。
定义：胶结物在岩石中的分布状况与碎屑颗粒的接触关系。
岩石的胶结类型主要受胶结物含量、分布及颗粒与胶结物 的结合方式的控制。
•基底胶结 •孔隙胶结 •接触胶结 •杂乱胶结
第二节 储层岩石的孔隙结构及孔隙性
一、储层岩石的孔隙和孔隙结构
1、孔隙 岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质
充填的空间。
孔隙
孔隙
套筛的筛孔
以每英寸长度上的孔数表示 相邻的两级筛孔孔眼的级差为 2 或 4 2。
目或号
沉降法
原理：在合适的介质中测定颗粒在外力场作用下的沉降
速度,间接确定颗粒的粒度组成。
斯托克(C.J.Stokes)公式：
v
gd 2
18
g l
1
v——直径为d的颗粒在密度为ρ的液体中的沉降速度,cm/s；
d—— 颗粒直径,cm；
n3D 2 1 n3D3
6 D
6
以岩石孔隙体积为基数的比面表达式：
S
A V
n3D2 n3D3－1 n3D3
6
1－
6
D
D
三个不同基数的比面的关系：
SV S 1 Sb
＝1－
6
岩石比面的影响因素
①颗粒直径
颗粒直径变小,比面值变大。
主要粒级分布(mm)
砂岩的比面(cm2/cm3)
普通砂岩 细砂岩 泥砂岩
二、储层岩石的孔隙度
1.定义：岩石孔隙体积与岩石外表体积之比；
或：单位岩石体积中孔隙体积所占的比例。
Vp Vp V f Vs
V f Vs Vp
Vf
设：岩石模型边长为L,沿任一边长排列n
个球,模型中共有n3个球；球直径为D；
单个球体积为
1 D3
6
；
所有球的体积为 1 n3D3 ；
6
岩石的外表体积为n3D3。
砂粒 性质不同、形状各异、大小不等 岩石的骨架
胶结物 性质不同，分布各异
砂粒间未被胶结物或固体物质充填的空间
孔隙
砂粒的大小、形状、排列方式、胶结物的成分及数量、性
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质及其胶结方式都将影响到岩石的孔渗特性。
岩石的粒度和比面是反映岩石骨架构成的最主要指标，也
是划分储层、评价储层的重要物性参数。
一、砂岩的粒度组成
di—— i级颗粒直径的上限,mm；
di+1—— i级颗粒直径的下限,mm。
尖峰越高，
曲线越陡，
粒粒度度组组成成越的表示方法及粒评度价组方成法越
表示方法均：匀数字
准确 图形 均匀直观、明了
表 1.1.2 S 油田某井 S 下 2 地层岩石粒度分析数据
编
距顶
颗粒直径(mm)/质量百分数(%)
井段(m)
外表体积
“岩石体积”
骨架体积
孔隙体积
设：岩石模型边长为L,沿任一边长排列n
个球,模型中共有n3个球；球直径为D；
单个球表面积为πD2；
所有球的表面积为n3πD2；
岩石的外表体积为n3D3。
以岩石外表体积为基数的比面表达式：
SV
A V
n3D 2
n3D3
D
以岩石骨架体积为基数的比面表达式：
Sb
A V
空隙 空洞
裂隙(缝)
砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系、后来的 成岩后生作用引起的变化以及胶结状况。
2、储层岩石的孔隙特征
碎屑岩：粒间孔、溶蚀孔、微孔隙和裂隙。 碳酸盐岩：原生孔、溶蚀孔、生物钻孔、收缩孔 和裂缝孔隙等。
应力裂缝孔隙示意图
砂岩内层理缝示意图
杂基微孔隙镜下形态
砂岩内溶孔示意图
将累计分布曲线划分为四段。
特拉斯克(P.D.Trask)公式：
S d75 d25
S—— 分选系数；
d75—— 累计分布曲线上,累计质量为75%处对应的粒级直径；
d25——累计分布曲线上,累计质量为25%处对应的粒级直径。
S=1～2.5
分选好
特拉斯克(Trask)规定： S=2.5～4.5 分选中等
泥
3FeCl2 2Al(OH)3 2SiO2 • 3H2O
石 2FeCl2 3H2O 3O 2Fe(OH )3 2Cl2
★硫酸盐胶结物 石膏和硬石膏 (高温脱水)
石膏 CaSO4•nH2O 硬石膏 CaSO4
影响束缚水饱和度的测定值
★硅质胶结物 (胶结最结实)
硅酸盐
● 胶结类型：
Kozeny-Carman方程(1927)：
3
Sb 14 1 2
A L
H Q
1
式中Sb—— 以岩石骨架体积为基数的比面,cm2/cm3； φ—— 岩心的孔隙度,小数； A—— 岩心的截面积,cm2； L—— 岩心的长度,cm； Q—— 通过岩心的空气流量,cm3/s； μ—— 空气的粘度,0.1Pas； H—— 空气通过岩心时的稳定水柱压头,cm。
以岩石外表体积为基数的孔隙度表达式：
V
V Vf
n3D3 1 n3D3
6 n3D3
1
6
47.6%
正方体： 47.6% 菱形： 25.95%
实际储层岩石孔隙度值的范围如下：
砂岩孔隙度为10%～40%,主要受砂岩的性质和其胶 结状态控制。
碳酸盐岩孔隙度介于5%～25%之间。 粘土岩或页岩的孔隙度为20%～45%,它有取效决孔于隙该度岩 石的成因和埋藏深度。
1～0.25 0.25～0.1 0.1～0.01
500～950 950～2300
>2300
比面越大,说明其骨架的分散程度越大,构成骨架的颗粒越细。
②泥质含量
泥质含量越多,岩石比面越大。
③颗粒形状
颗粒越不规则,岩石比面越大。
岩石比面的大小影响化学方法采油的药剂消耗
2.比面的测定
(1)实验测定法（透过法）
3.粒度评价指标
（1）岩石的不均匀系数α：
累计分布曲线上某两个质量百分数所对应的颗粒直径之比值。
＝d60 d10
•α值大于1； •α值越接近于1,则表明粒度组成越均匀； •一般储层岩石的不均匀系数在1～20之间； •不均匀系数小于2的岩石,可视为均质岩石。
（2）分选系数
具体作法： 以累计质量25%,50%和75%三个特征点,
碳酸盐岩的孔渗特性 决定于碳酸盐岩的结构组分及其组合或结合关系
◆砂岩的骨架性质
⊙ 砂岩的粒度组成 ⊙ 岩石的比面 ⊙ 岩石的胶结物质与胶结类型
◆砂岩的孔隙性质
⊙ 岩石的孔隙、孔隙结构与孔隙度 ⊙ 岩石的压缩系数及油藏的综合压缩系数 ⊙ 储层流体饱和度 ⊙ 储层岩石的渗透率 ⊙ 毛细管渗流模型
第一节 储层岩石的骨架性质
号
m
0.59 0.5 0.42 0.35 0.3 0.25 0.21 0.177 0.149
28 2320～2329 3.80 0.3 2.50 4.20 8.60 8.30 15.50 10.60 10.50 6.50
34 2320～2329 5.76
0.3 3.60 5.80 5.80 8.50
Sv
C
61
100
gi di
二、岩石的胶结物与胶结类型 ● 岩石的胶结物
★泥质胶结物 粘土矿物 (遇水膨胀、分散或絮凝)
蒙脱石>含膨胀层的混合层粘土>伊利石>高岭石
对储 层的 潜在 影响
钠蒙皂石 伊利石 高岭石 绿泥石
600％～1000％ 减小孔隙的有效渗流半径 充填粒间孔隙，随流体运移 二次沉淀
S>4.5
分选差
（3）标准偏差
等比粒级分类方法 φ=-log2d 福克、沃德参数的计算式：
平均值
Mz
16
50
3
84
标准偏差(分选系数)
84 16 95 5
4
6.6
偏度
SK
16 84 250 2 84 16
5 95 250 2 95 5
峰态
KG
95 5
2.4475 25
◆孔喉比：孔隙与
喉道直径的比值。
◆孔 隙 配 位 数 ：
每个孔道所连通的喉 道数。
◆孔 隙 迂 曲 度 ：
岩石两端面间连通 孔隙的最短路径与
直线距离的比值。
流体质点实际流经的 岩石孔隙长度与岩石 外观长度之比。
3、孔隙结构
◆ 岩石的孔隙结构与颗粒的大小、分选性质、颗粒 接触方式等密切相关。
◆ 孔隙结构对岩石储集性能和渗透能力有影响。
ρg—— 颗粒密度,g/cm3；
μ—— 液体的运动粘度,cm2/s； ρl—— 液体的密度,g/cm3；
g——重力加速度,980cm/s2。
适用 条件
颗粒直径为50～100μm； 颗粒的重量浓度不应超过1%。
各粒级的平均直径 di ：
1 di
1 2
1 di
1 d i 1
di —— i级颗粒的平均直径,mm；
(2)资料计算法（间接法）
已知岩石的粒度组成分析资料，假定任一粒级直径为di
的颗粒，其质量百分数为gi,则在单位体积岩石中,直径
为di的颗粒的比面为：
Svi
61
di
gi
%
考虑单位体积岩石中所有粒级的颗粒,则：
Sv
n i 1
Svi
n i 1
61
di
gi %
61
100
gi di
引入形状校正系数 C=1.2～1.4,它表示由于颗粒形状不规 则而引起比面增加。
第二章 储层岩石的物理性质
岩石
孔隙 裂缝 溶洞
为油气提供
储集空间 渗流通道
孔隙性 渗透性
沉积岩 如碎屑岩、碳酸盐岩等
岩石 岩浆岩 如花岗岩、玄武岩等
变质岩 如大理岩、片麻岩等
沉积岩层
(世界99%以上)
碎屑岩储集层 碳酸盐岩储集层
碎屑岩的孔渗特性
我国大部分油田 波斯湾盆地 华北古潜山油田
决定于碎屑颗粒的大小及其组合或结合关系
36 2320～2329 7.68
0.40
编
距顶
颗粒直径(mm)/累计质量百分数(%)
井段(m)
号
m 0.125 0.105 0.088 0.074 0.063 0.053 0.01 <0.01
28 2320～2329 3.80 4.50 5.00 3.80 4.50 2.20 3.90 8.00 0.20
表 1.2.2 毛细管孔隙体系划分表
类型
超毛细管孔隙 毛细管孔隙 微毛细管孔隙
标准
孔隙直径(mm) 缝隙宽度(mm)
>0.5
>0.25
0.5～0.0002 0.05～0.0001
<0.0002
<0.0001
3、孔隙结构
岩石中孔隙和喉道的几何形状、大 小、分布及其相互连通关系。
孔隙与喉道的配置关系
孔隙结构参数
表 1.1.3 分选等级对比关系
分选等级
分选极好 分选好 分选较好 分选中等 分选差 分选很差 分选极差
标准偏差(φ单位)
福克、沃德参数
弗里德曼参数
<0.35
<0.35
0.35～0.50
0.35～0.50
0.50～0.71
0.50～0.80
0.71～1.00
0.80～1.40
1.00～2.00
1.40～2.00
泥质
<1/100
<0.01
φ值
<0 0～1 1～2 2～3.32 3.32～4.32 4.32～6.64 >6.64
2、岩石的比面
岩石的比表面积：指单位体积岩石的总表面积,m2/m3。
或指单位体积岩石内所有孔隙的内表面积。
当所有岩石骨架颗粒间是点接触时,即为所有颗粒的总表面积。
S A V
式中S——岩石的比面,m2/m3； A——岩石颗粒的总表面积,m2； V——岩石的体积,m3。
粒间孔隙镜下形态
表 1.2.1 砂岩孔隙类型成因特征
类型
原生式沉积
粒间孔 纹理和层理缝
溶蚀孔隙
次生式沉积
晶体次生晶间孔 裂缝孔隙
颗粒破裂孔等
混合孔隙 杂基微孔隙等
成因 沉积作用 沉积作用 溶解作用 压溶作用 地应力作用 岩石裂缝等 复合成因
储、渗特征 大、多、储、渗能力好 小、少、储、渗能力差
小、少、储集能力好 小、多、储集能力差 小、少、渗透能力好 小、少、储、渗能力一般 小、少、储、渗能力较差
★灰质胶结物
碳酸盐类矿物 (遇酸反应)
酸敏矿物方解石（CaCO3） 白云石（CaMg(CO3)2）
菱铁矿（FeCO3）
与酸反应生成沉淀
FeCO3 2HCl FeCl2 H 2O CO2
2FeCl2 3H2O 3O 2Fe(OH )3 2Cl2
绿 3FeO• Al2O3 • 2SiO2 • 3H2O 6HCl
2.00～4.00
2.00～2.60
>4.00
>2.60
表 1.1.4 粒级分类表
粒级
粒级范围
名称
直径(mm)
分数式
小数式
砾石
>1
>1.00
粗砂
1～1/2
1～0.5
中砂 1/2～1/4
0.5～0.25
细砂 1/4～1/10
0.5～0.1
粗粉 1/10～1/20
0.1～0.05
细粉 1/20～1/100 0.05～0.01